历经60年追寻！物质新磁态或终“现形”

该新物质态的艺术图

据物理学家组织网22日报道，美国科学家在最新一期《自然·通讯》杂志上撰文称，他们发现了一种被称为“反铁磁激子绝缘体”的物质的磁态。从广义上来说，这是一种新型磁铁，鉴于磁材料是现在很多技术的核心，这种新型磁铁有望应用于通信等诸多领域。

最新研究负责人之一、布鲁克海文国家实验室物理学家马克·迪恩指出，这种新磁态涉及层状材料内电子之间的强磁吸引，这种吸引使电子的磁矩（自旋）排列成规则的上、下“反铁磁性”模式。20世纪60年代，科学家首次预测这种反铁磁性可能由绝缘材料内的电子耦合形成。这种反铁磁性材料可以在不同状态之间快速切换，还能保护信息不会由于外部磁场干扰而丢失，因此对现代通信技术具有吸引力。

迪恩进一步解释说：“绝缘体是一种不导电的材料，材料中的电子通常处于低能或‘地’能状态。电子被卡在适当位置，不能四处移动。如果电子能四处移动并相互强烈作用形成束缚态，就会产生激子。为让电子移动，必须给它们一个足够大的能量，以克服基态和更高能级之间的能隙。而在非常特殊的情况下，磁性的电子-空穴（电子跃迁到材料中不同能级时留下的空位）之间的相互作用产生的能量增益可以超过电子跨越能隙所需的能量。”

随着技术的不断进步，物理学家可以探索这些特殊情况，了解反铁磁激子绝缘体态是如何出现的。

在最新研究中，科学家们研究了名为氧化锶铱的材料，这种材料在高温下几乎没有绝缘性。该小组在高温下开始调查，并逐渐冷却材料。随着冷却，材料内的能隙逐渐缩小。在12摄氏度时，电子开始在材料的磁性层之间跃迁，但立即与它们留下的空穴形成束缚对，同时触发相邻电子自旋的反铁磁排列。科学家利用预测的反铁磁激子绝缘体的概念进行计算，结果表明该模型能很好地解释实验结果。

研究人员称，未来了解这种材料内自旋和电荷之间的联系有望催生新技术。

（来源：科技日报）

有史以来最大的人类家谱创建完成

英国牛津大学大数据研究所研究人员在绘制人类之间的全部遗传关系图方面迈出了重要的一步：一个单一的家谱，可追溯我们所有人的祖先。该研究24日发表在《科学》杂志上。

这个人类遗传多样性的新家谱网络，以前所未有的细节揭示了世界各地的个体如何相互关联。该研究预测了人类共同的祖先，包括他们大致居住的时间和地点，并分析恢复了人类进化史上走出非洲等重大事件。研究的基本方法可能在医学研究中得到广泛应用，例如识别疾病风险的遗传预测因子。

追踪人类遗传多样性的起源，以生成世界各地个体如何相互关联的完整图谱，这一愿景的主要挑战是找到一种方法来组合来自许多不同数据库的基因组序列，并开发算法来处理这种规模的数据。牛津大学大数据研究所研究人员此次发布的新方法可轻松地组合来自多个来源的数据并进行扩展，以适应数百万个基因组序列。

大数据研究所进化遗传学家、论文主要作者之一黄燕博士解释说：“我们基本上已建立了一个巨型家谱，这是一个全人类的家谱，它尽可能准确地模拟了产生所有人类的历史。我们今天在人类身上发现的遗传变异，这个家谱使我们能够看到每个人的基因序列是如何沿着基因组的所有点相互关联的。”

由于单个基因组区域仅从父母一方遗传，无论是母亲还是父亲，基因组上每个点的祖先都可被认为是一棵树。这组树被称为“树序列”或“祖先重组图”，将遗传区域通过时间与首次出现遗传变异的祖先联系起来。

研究人员称：“从本质上讲，我们正在重建我们祖先的基因组和使用它们来形成庞大的关系网络。然后我们可估计这些祖先生活的时间和地点。这个方法的强大之处在于它对基础数据的假设很少，并且还可包括现代和古代DNA样本。

该研究整合了来自8个不同数据库的现代和古代人类基因组数据，包括来自215个人群的总共3609个个体基因组序列。古代基因组包括在世界各地发现的年龄从1000到100000岁不等的样本。算法预测了进化树中必须存在共同祖先的位置，以解释遗传变异的模式。由此产生的网络包含近2700万个祖先。

在这些样本基因组上添加位置数据后，研究人员使用该网络来估计预测的共同祖先居住的地方。结果成功地重现了人类进化史上的关键事件，包括走出非洲。

研究小组计划通过继续整合可用的遗传数据，使家谱图更加全面。由于树序列以高效的方式存储数据，因此数据集可轻松容纳数百万个额外的基因组。

（来源：科技日报）

研究发现星形胶质细胞影响孤独症早期大脑中神经元活性的异常同步

2月11日，Neuroscience Bulletin在线发表了题为《星形胶质细胞的缝隙连接促进MeCP2倍增综合症模型小鼠大脑中的异常神经元同步活动》的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心徐华泰研究组完成。

神经元异常同步活动在孤独症谱系障碍（Autism spectrum disorder, ASD） 患者大脑中被广泛检测到，但是由于同步活动的起源复杂，其在ASD中异常的神经机制仍不清晰。

结合在体双光子钙成像技术和多通道电生理膜片钳记录，该研究发现星形胶质细胞的缝隙连接显著促进MeCP2倍增综合症模型Tg1小鼠（常用ASD模型小鼠之一）大脑新皮层中神经元的异常同步化。通过使用在体双光子钙成像技术对Tg1小鼠的新皮层进行出生后多个发育时期观察，研究人员发现与野生型小鼠相比，Tg1小鼠皮层神经元在出生后早期表现出较高的钙活动同步性，而在成年期则表现出较低的钙活动同步性。进一步数据表明，在出生后两周的Tg1小鼠皮层内存在呈现过度活跃状态的星形胶质细胞，活跃的星形胶质细胞会释放谷氨酸作用于神经元突触外的NR2B亚型的NMDA受体，使得神经元上产生大幅度的缓慢内向电流（Slow inward current, SIC）。过度活跃的星形胶质细胞借助于它们之间的缝隙连接，使得对神经元的作用进一步放大，使更多神经元上产生同步的缓慢内向电流，从而促使出生后早期Tg1小鼠的皮层神经元之间表现出较高的同步性活动。如果在出生后早期Tg1小鼠皮层中阻断星形胶质细胞之间的缝隙连接则可以显著降低其神经元上SIC的出现频率和神经元之间的钙活动同步水平。

研究表明，星形胶质细胞之间的缝隙连接扩大了过度活跃状态的星形胶质细胞对神经元的影响，使得在大范围的神经元上产生了同步的SIC从而增强了神经元之间的活动同步性。此外，研究结果提示，星形胶质细胞群体和神经元群体间的相互作用可能在自闭证谱系障碍疾病的发病机制中发挥着重要作用。研究工作得到中科院、国家自然科学基金委员会、上海市和科技部的支持。

A.荧光钙敏感染料Cal-520 AM和星形胶质细胞特异性染料磺胺碱101在体注射至体感皮层后，第2/3层细胞被标记情况的示例图（标尺, 50微米）；B.在（A）示例图中的所有被染料标记的细胞的轮廓示意图；C.MeCP2 Tg1小鼠新皮层中不同年龄显示出不同的神经元活动同步化异常；D.阻断星状胶质细胞的缝隙连接可以恢复年幼Tg1小鼠脑中神经元间的偏高同步化

（来源：中国科学院网）

捕蝇草生物细胞与人工神经元成功相连

根据英国《自然·通讯》杂志23日发表的一篇论文，一种人工神经元可以与捕蝇草的生物细胞成功连通，还能让捕蝇草关闭叶子。研究结果或对将来脑机接口和软体机器人的开发具有重要意义。

神经形态的仿生电子装置，被认为能模仿人脑的运作方式。脑机接口、假肢、智能软体机器人的未来开发，都需要实现人工神经装置与生物系统的有机结合。然而，当前的人工装置生物相容性差，能源效率低，环路较为复杂。

此次，瑞典林雪平大学科学家西蒙尼·法比奥诺及其同事开发了一种人工神经突触系统，探索它是否能与某个生物系统相连。研究团队让打印出来的人工神经元与突触充分模仿生物系统的信号转导特征——生物系统会利用离子迁移介导的放电进行交流。研究人员随后将这些人工神经元与一种捕蝇草的生物系统成功相连。他们演示了这些人工神经元在电刺激下能诱导捕蝇草关闭叶子。

法比奥诺及论文共同作者表示，他们的研究结果或能推动未来可植入装置和脑机接口的开发，以及人工神经系统与生物实体的潜在整合。

研究团队认为，无论脑机接口、可植入/可穿戴设备、假肢和智能软体机器人的研究进展，都需要技术与自然之间的密切互动和整合。由于生命的基本构建元素与电子设备中使用的元素有很大不同，因此将人造设备与生物系统联系起来的能力，对于这些领域的成功至关重要。

他们这次从生物信号系统中借用概念设计出的神经形态系统，有望弥合现实中这一能力的匮乏。尽管此前一些基于软件的神经形态算法，已被集成到生物医学系统中，但基于硬件的系统有能力与活组织密切交互，进行生物反馈并展现处理能力，依然是最终的目标。

（来源：科技日报）

横跨1630万光年！迄今最大星系发现

据美国《趣味科学》杂志网站近日报道，荷兰莱顿天文台科学家报告了迄今观测到的最大星系，其离地球30亿光年远，自身横跨1630万光年的距离。对其开展进一步研究将有助于弄清星系如何生长变大。

　　研究人员在仔细研究了“低频阵列”（LOFAR）收集的数据后，首次发现了这一新的重量级星系。LOFAR是一个由分布在欧洲52个地点的约20000台射电望远镜连接而成的网络。在对数据进行处理后，研究人员检测到了巨大的反射射电波瓣，发现了这个巨大的结构。

　　他们以古希腊神话中的巨人“阿尔库俄纽斯”为这个新星系命名，该宇宙“巨兽”宽1630万光年，直径是银河系的160倍，是此前已知最大星系IC1101（宽390万光年）的4倍。

　　研究人员称，“阿尔库俄纽斯”星系是庞大而典型的射电星系。射电星系由一个宿主星系（即围绕含有超大质量黑洞的星系核的恒星团）以及从星系中心喷出的巨大喷流和裂片组成。星系中心的黑洞吞噬大量物质，然后将其吐出——喷射出两股巨大的等离子体，这些等离子体以接近光速的速度移动。旅行数百万光年后，等离子体束的速度变慢，扩散成羽流，这些羽流以射电电波的形式发出光。

　　研究人员表示，除拥有巨大的羽状结构外，“阿尔库俄纽斯”星系是一个普通的椭圆星系，总质量约为太阳质量的2400亿倍，中心超大质量黑洞的质量是太阳质量的4亿倍（比最大黑洞的质量小100倍）。事实上，与大多数射电星系相比，“阿尔库俄纽斯”星系的宿主星系并不大。

　　宿主星系普通的“阿尔库俄纽斯”星系如何生长出如此巨大的波瓣，导致其变成如今这般“庞然大物”？奥雷等人提出了两种可能性：一是该星系周围环境的密度比较低，使其喷流能在前所未有的范围内扩张；另一种可能的解释是，该星系存在于宇宙网的一根细丝内，这是一个巨大而鲜为人知的由气体和连接星系的暗物质组成的结构。

研究人员称，找出导致“阿尔库俄纽斯”星系膨胀得如此大的原因，将有助于了解其他星系是如何成长的。

（来源：科技日报）

清洁化学技术解开“水油不相溶”之谜

澳大利亚弗林德斯大学纳米科学与技术研究所科林·拉斯顿教授以及他们的涡旋射流装置。

　　据发表在《化学科学》杂志上的研究，澳大利亚弗林德斯大学完成一项重大科学挑战：他们发明了一种涡旋射流装置（VFD），利用这种“清洁化学”的方法解开“水油不相溶”之谜，实现了混合“不可混合之物”。未来，该创新将在从食品加工和保健品到化妆品，再到诸如胶囊药物递送研发等一系列行业中都有广泛应用。

　　此前，弗林德斯大学和美国加州大学欧文分校的研究人员曾经在实验中用VFD让煮熟的鸡蛋变回“生鸡蛋”。他们用一种化学物质液化熟鸡蛋的蛋白，然后用涡旋射流装置切断紧密缠结的蛋白质分子链以使它们正常重构。

　　此次，他们依然用这一装置揭开了不相溶液体的神秘面纱。这一新进步可能会改善未来许多产品、工业流程，甚至是我们消费的食物。

　　　研究人员介绍说，薄膜微流体技术与“高剪切流化学和高传热传质”相结合，快速发展的VFD技术正在克服传统处理的混合限制。

　　据了解，研究人员已经进行了10万多次实验，以确定液体混合的方式，以及它们在非常微小的纳米尺度下的流动行为。

　　更重要的是，弗林德斯大学的研究人员也扩大了VFD机器的尺寸，将其用于实验性的生物降解聚合物，以开始大规模生产其有机物质和发展清洁技术，为的是适应一系列行业的应用。

从本质上讲，VFD已经在多个实验中被用于制造高质量的药物元素，如多肽、鱼油和食品，以及许多其他的绿色化学工艺。

（来源：科技日报）